(57)【要約】第１過給機と第１過給機より大型の第２過給機が吸排気通路に対して直列に介装される。第１、第２過給機の両方の過給効果を利用する領域（Ｂ領域）では、第１過給機のタービンを迂回する通路に介装された排気制御弁の開度を中間とし、第１過給機のコンプレッサを迂回する通路に介装された吸気制御弁の開度を最小とする。第２過給機のみの過給効果を利用する領域（Ｃ領域）では、排気制御弁及び吸気制御弁の開度を共に最大とする。車両の加速によりＢ領域からＣ領域に移行する際、移行直後から所定期間に亘って燃料噴射量が少なくされる。移行に伴って発生し得る「排気圧の急減による内燃機関の出力トルクの瞬間的な増大」の発生が抑制され得、乗員に感知され得るトルク段差を小さくできる。
2011052086.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に介装されて前記内燃機関の排ガスのエネルギーにより駆動される第１タービンと、前記内燃機関の吸気通路に介装されて前記第１タービンの駆動により駆動される第１コンプレッサと、を備えた第１ターボチャージャと、
前記第１タービンよりも下流の前記排気通路に介装されて前記内燃機関の排ガスのエネルギーにより駆動される前記第１タービンよりも大型の第２タービンと、前記第１コンプレッサよりも上流の前記吸気通路に介装されて前記第２タービンの駆動により駆動される前記第１コンプレッサよりも大型の第２コンプレッサと、を備えた第２ターボチャージャと、
前記第１タービンよりも上流の前記排気通路と前記第１、第２タービンの間の前記排気通路とをバイパスする第１排気バイパス通路と、
前記第１、第２コンプレッサの間の前記吸気通路と前記第１コンプレッサよりも下流の前記吸気通路とをバイパスする第１吸気バイパス通路と、
前記第１排気バイパス通路に介装されて前記第１排気バイパス通路の最小開口断面積である第１排気バイパス面積を調整する第１排気制御弁と、
前記第１吸気バイパス通路に介装されて前記第１吸気バイパス通路の最小開口断面積である第１吸気バイパス面積を調整する第１吸気制御弁と、
前記第２コンプレッサよりも上流の前記吸気通路の圧力に対する、前記第１コンプレッサよりも下流の前記吸気通路の圧力の割合である過給圧力比を取得する圧力比取得手段と、
前記吸気通路を通過する空気の流量を取得する流量取得手段と、
前記過給圧力比と前記空気流量との組み合わせが、前記第１、第２ターボチャージャの両方の過給効果を利用するための両ターボ利用領域にあるか、前記両ターボ利用領域に対して前記空気流量が大きい側に隣接する前記第２ターボチャージャのみの過給効果を利用するための第２ターボ利用領域にあるかを判定する判定手段と、
前記過給圧力比と前記空気流量との組み合わせが前記両ターボ利用領域にあると判定された場合、前記第１排気バイパス面積がその最小値と最大値の間の中間の値になり且つ前記第１吸気バイパス面積がその最小値になるように前記第１排気制御弁及び前記第１吸気制御弁を制御し、前記過給圧力比と前記空気流量との組み合わせが前記第２ターボ利用領域にあると判定された場合、前記第１排気バイパス面積がその最大値になり且つ前記第１吸気バイパス面積がその最大値になるように前記第１排気制御弁及び前記第１吸気制御弁を制御する制御手段と、
前記内燃機関の運転状態に基づいて決定される量の燃料を噴射する燃料噴射手段と、
を備えた過給機付き内燃機関の制御装置において、
前記燃料噴射手段は、
前記過給圧力比と前記空気流量との組み合わせが前記両ターボ利用領域から前記第２ターボ利用領域に移行したことに基づいて、前記燃料の噴射量を少なくする減量制御を所定期間に亘って行うように構成された過給機付き内燃機関の制御装置。
【請求項２】
途中で第１排気通路と第２排気通路とに分岐する排気通路と、途中で第１吸気通路と第２吸気通路とが合流する吸気通路とを備える内燃機関に適用され、
前記第１排気通路に介装されて前記内燃機関の排ガスのエネルギーにより駆動される第１タービンと、前記第１吸気通路に介装されて前記第１タービンの駆動により駆動される第１コンプレッサと、を備えた第１ターボチャージャと、
前記第２排気通路に介装されて前記内燃機関の排ガスのエネルギーにより駆動される前記第１タービンよりも大型の第２タービンと、前記第２吸気通路に介装されて前記第２タービンの駆動により駆動される前記第１コンプレッサよりも大型の第２コンプレッサと、を備えた第２ターボチャージャと、
前記第１タービンよりも上流の前記第１排気通路と前記第１タービンよりも下流の前記第１排気通路とをバイパスする第１排気バイパス通路と、
前記第１コンプレッサよりも上流の前記第１吸気通路と前記第１コンプレッサよりも下流の前記第１吸気通路とをバイパスする第１吸気バイパス通路と、
前記第２タービンよりも上流の前記第２排気通路と前記第２タービンよりも下流の前記第２排気通路とをバイパスする第２排気バイパス通路と、
前記第２コンプレッサよりも上流の前記第２吸気通路と前記第２コンプレッサよりも下流の前記第２吸気通路とをバイパスする第２吸気バイパス通路と、
前記第１排気バイパス通路に介装されて前記第１排気バイパス通路の最小開口断面積である第１排気バイパス面積を調整する第１排気制御弁と、
前記第１吸気バイパス通路に介装されて前記第１吸気バイパス通路の最小開口断面積である第１吸気バイパス面積を調整する第１吸気制御弁と、
前記第２排気バイパス通路に介装されて前記第２排気バイパス通路の最小開口断面積である第２排気バイパス面積を調整する第２排気制御弁と、
前記第２吸気バイパス通路に介装されて前記第２吸気バイパス通路の最小開口断面積である第２吸気バイパス面積を調整する第２吸気制御弁と、
前記第１、第２コンプレッサよりも上流の前記吸気通路の圧力に対する、前記第１、第２吸気通路の合流部よりも下流の前記吸気通路の圧力の割合である過給圧力比を取得する圧力比取得手段と、
前記吸気通路を通過する空気の流量を取得する流量取得手段と、
前記過給圧力比と前記空気流量との組み合わせが、前記第１、第２ターボチャージャの両方の過給効果を利用するための両ターボ利用領域にあるか、前記両ターボ利用領域に対して前記空気流量が大きい側に隣接する前記第２ターボチャージャのみの過給効果を利用するための第２ターボ利用領域にあるかを判定する判定手段と、
前記過給圧力比と前記空気流量との組み合わせが前記両ターボ利用領域にあると判定された場合、前記第１排気バイパス面積がその最小値と最大値の間の中間の値になり前記第１吸気バイパス面積がその最小値になり前記第２排気バイパス面積がその最小値と最大値の間の中間の値になり且つ前記第２吸気バイパス面積がその最小値になるように前記第１、第２排気制御弁及び前記第１、第２吸気制御弁を制御し、前記過給圧力比と前記空気流量との組み合わせが前記第２ターボ利用領域にあると判定された場合、前記第１排気バイパス面積がその最大値になり前記第１吸気バイパス面積がその最大値になり前記第２排気バイパス面積がその最小値になり且つ前記第２吸気バイパス面積がその最小値になるように前記第１、第２排気制御弁及び前記第１、第２吸気制御弁を制御する制御手段と、
前記内燃機関の運転状態に基づいて決定される量の燃料を噴射する燃料噴射手段と、
を備えた過給機付き内燃機関の制御装置において、
前記燃料噴射手段は、
前記過給圧力比と前記空気流量との組み合わせが前記両ターボ利用領域から前記第２ターボ利用領域に移行したことに基づいて、前記燃料の噴射量を少なくする減量制御を所定期間に亘って行うように構成された過給機付き内燃機関の制御装置。
【請求項３】
請求の範囲１又は請求の範囲２に記載の過給機付き内燃機関の制御装置において、
前記燃料噴射手段は、
前記内燃機関の運転速度と前記燃料の噴射量とに基づいて、前記減量制御において前記燃料の噴射量を少なくする量を決定するように構成された過給機付き内燃機関の制御装置。
【請求項４】
請求の範囲１乃至請求の範囲３の何れか一つに記載の過給機付き内燃機関の制御装置において、
前記燃料噴射手段は、
前記過給圧力比と前記空気流量との組み合わせが前記両ターボ利用領域から前記第２ターボ利用領域に移行した場合において、前記内燃機関の運転速度と前記燃料の噴射量とに基づいて、前記減量制御を実行するか否かを決定するように構成された過給機付き内燃機関の制御装置。
【請求項５】
請求の範囲１乃至請求の範囲４の何れか一つに記載の過給機付き内燃機関の制御装置において、
前記燃料噴射手段は、
前記過給圧力比と前記空気流量との組み合わせが前記両ターボ利用領域から前記第２ターボ利用領域に移行した時点で前記減量制御を開始し、その後において前記内燃機関の燃焼室に流入する吸気の圧力が減少を開始したと判定されたことに基づいて前記減量制御を終了するように構成された過給機付き内燃機関の制御装置。
【請求項６】
請求の範囲１に記載の過給機付き内燃機関の制御装置において、
前記判定手段は、
前記過給圧力比と前記空気流量との組み合わせが、前記両ターボ利用領域に対して前記空気流量が小さい側に隣接する前記第１ターボチャージャのみの過給効果を利用するための第１ターボ利用領域にあるかをも判定するように構成され、
前記制御手段は、
前記過給圧力比と前記空気流量との組み合わせが前記第１ターボ利用領域にあると判定された場合、前記第１排気バイパス面積がその最小値になり且つ前記第１吸気バイパス面積がその最小値になるように前記第１排気制御弁及び前記第１吸気制御弁を制御するように構成された過給機付き内燃機関の制御装置。
【請求項７】
請求の範囲２に記載の過給機付き内燃機関の制御装置において、
前記判定手段は、
前記過給圧力比と前記空気流量との組み合わせが、前記両ターボ利用領域に対して前記空気流量が小さい側に隣接する前記第１ターボチャージャのみの過給効果を利用するための第１ターボ利用領域にあるかをも判定するように構成され、
前記制御手段は、
前記過給圧力比と前記空気流量との組み合わせが前記第１ターボ利用領域にあると判定された場合、前記第１排気バイパス面積がその最小値になり且つ前記第１吸気バイパス面積がその最小値になり前記第２排気バイパス面積がその最大値になり且つ前記第２吸気バイパス面積がその最大値になるように前記第１、第２排気制御弁及び前記第１、第２吸気制御弁を制御するように構成された過給機付き内燃機関の制御装置。
【請求項８】
請求の範囲１に記載の過給機付き内燃機関の制御装置であって、
前記第１、第２タービンの間の前記排気通路と前記第２タービンよりも下流の前記排気通路とをバイパスする第２排気バイパス通路と、
前記第２排気バイパス通路に介装されて前記第２排気バイパス通路の最小開口断面積である第２排気バイパス面積を調整する第２排気制御弁と、
を備え、
前記制御手段は、
前記過給圧力比と前記空気流量との組み合わせが前記第２ターボ利用領域における前記空気流量が大きい側の一部であるバイパス領域にある場合にのみ前記第２排気バイパス面積がその最大値になり、それ以外の場合には前記第２排気バイパス面積がその最小値になるように前記第２排気制御弁を制御するように構成された過給機付き内燃機関の制御装置。
【請求項９】
請求の範囲２に記載の過給機付き内燃機関の制御装置において、
前記制御手段は、
前記過給圧力比と前記空気流量との組み合わせが前記第２ターボ利用領域における前記空気流量が大きい側の一部であるバイパス領域にある場合、前記第２排気バイパス面積がその最小値に代えてその最大値になるように前記第２排気制御弁を制御するように構成された過給機付き内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排ガスのエネルギーによって駆動される過給機（ターボチャージャ）付き内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、過給機付き内燃機関の制御装置として、２つのターボチャージャが排気通路及び吸気通路に対して直列に介装されたもの（直列式２段過給機）が広く知られている（例えば、特開２００７−２６３０３３号公報を参照）。具体的には、この文献に記載の装置では、第１ターボチャージャと、第１ターボチャージャよりも大型の第２ターボチャージャが備えられている。第１ターボチャージャは、排気通路に介装されて排ガスのエネルギーにより駆動される第１タービンと、吸気通路に介装されて第１タービンの駆動により駆動される第１コンプレッサと、を備えている。第２ターボチャージャは、第１タービンよりも下流の排気通路に介装されて排ガスのエネルギーにより駆動される第１タービンよりも大型の（容量が大きい、外径が大きい）第２タービンと、第１コンプレッサよりも上流の前記吸気通路に介装されて第２タービンの駆動により駆動される第１コンプレッサよりも大型の（容量が大きい、外径が大きい）第２コンプレッサと、を備えている。
上記文献に記載の装置では、第１タービンよりも上流の排気通路と第１、第２タービンの間の排気通路とをバイパスする第１排気バイパス通路と、第１、第２コンプレッサの間の吸気通路と第１コンプレッサよりも下流の前記吸気通路とをバイパスする第１吸気バイパス通路とが備えられている。第１排気バイパス通路には、第１排気バイパス通路の最小開口断面積（第１排気バイパス面積）を調整する第１排気制御弁が介装され、第１吸気バイパス通路には、第１吸気バイパス通路の最小開口断面積（第１吸気バイパス面積）を調整する第１吸気制御弁が介装されている。
【発明の概要】
【０００３】
ところで、上記文献に記載の装置では、通常、図１２に示すように、吸入空気流量と過給圧力比との組み合わせに対して、第１ターボチャージャのみの過給効果を利用する領域（第１ターボ利用領域）と、第１、第２ターボチャージャの両方の過給効果を利用する領域（両ターボ利用領域）と、第２ターボチャージャのみの過給効果を利用する領域（第２ターボ利用領域）と、の３つの制御領域が設定される。過給圧力比とは、第２コンプレッサよりも上流の吸気通路の圧力に対する、第１コンプレッサよりも下流の吸気通路の圧力の割合である。吸入空気流量とは、吸気通路を通過する空気の流量（単位時間当たりの空気の量）である。
図１２に示す曲線Ｌ１、Ｌ２はそれぞれ、第１、第２ターボチャージャの所謂サージライン及びチョークラインに基づいて描かれる線であり、曲線Ｌ１，Ｌ２で囲まれた領域はそれぞれ、第１、第２ターボチャージャの過給効果が発揮され得る領域（第１、第２ターボチャージャの使用可能領域）を示している。第１ターボ利用領域は、曲線Ｌ１で囲まれた領域のうち曲線Ｓ１に対して吸入空気流量が小さい側に対応し、両ターボ利用領域は、曲線Ｌ１で囲まれた領域のうち曲線Ｓ１に対して吸入空気流量が大きい側に対応する。第２ターボ利用領域は、曲線Ｌ２で囲まれた領域のうち曲線Ｌ１に対して吸入空気流量が大きい側に対応する。
第１ターボ利用領域では、第１排気バイパス面積がその最小値（例えば、ゼロ）とされ、且つ第１吸気バイパス面積がその最小値（例えば、ゼロ）とされる。即ち、全ての排ガスが第１タービンを通過するとともに全ての吸気が第１コンプレッサを通過する。これにより、第１タービンを通過する全ての排ガスのエネルギーにより第１タービンが回転駆動されるとともに第１コンプレッサが回転駆動され、第１ターボチャージャの過給効果が発揮される。他方、第２タービンに流入する排ガスの全ては、第１タービンを既に通過している。排ガスが第１タービンを通過する際、その排ガスのエネルギーは第１タービンの駆動のために消費される。従って、第２タービンに流入する排ガスのエネルギーは十分に小さくなっている。このため、第２タービン（従って、第２コンプレッサ）が回転駆動されないか又は十分に回転駆動されず、第２ターボチャージャの過給効果が発揮されない。以上、第１ターボ利用領域では、第１タービンが回転する一方で第２タービンが回転しないか又は十分に回転しない状態が得られ、第１ターボチャージャのみの過給効果が発揮される。
両ターボ利用領域では、第１ターボ利用領域と同様に第１吸気バイパス面積がその最小値（例えば、ゼロ）とされる一方で、第１排気バイパス面積がその最小値と最大値の間の中間値に調整される。即ち、全ての吸気が第１コンプレッサを通過する一方で、一部の排ガスが第１タービンを通過するとともに残りの排ガスが第１タービンを通過することなく（第１排気バイパス通路を通過して）第２タービンに直接流入する。これにより、第１タービンを通過する「一部の排ガス」のエネルギーにより第１タービン（従って、第１コンプレッサ）が回転駆動され、第１ターボチャージャの過給効果が発揮される。他方、「残りの排ガス」は、第１タービンの駆動のためにエネルギーを消費されることなく第２タービンに流入する。従って、第２タービンに流入する排ガスのエネルギーはある程度大きい値となる。このため、第２タービン（従って、第２コンプレッサ）が回転駆動され、第２ターボチャージャの過給効果が発揮される。以上、両ターボ利用領域では、第１、第２タービンが共に回転する状態が得られ、第１、第２ターボチャージャの両方の過給効果が発揮される。
第２ターボ利用領域では、第１排気バイパス面積がその最大値とされ、且つ第１吸気バイパス面積がその最大値とされる。即ち、全ての（殆どの）排ガスが第１タービンを通過することなく（第１排気バイパス通路を通過して）第２タービンに直接流入するとともに全ての（殆どの）吸気が第１コンプレッサを通過しない（第１吸気バイパス通路を通過する）。これにより、第１タービン（従って、第１コンプレッサ）が回転駆動されないか又は十分に回転駆動されず、第１ターボチャージャの過給効果が発揮されない。他方、全ての（殆どの）の排ガスは、第１タービンの駆動のためにエネルギーを消費されることなく第２タービンに流入する。従って、第２タービンに流入する排ガスのエネルギーは十分に大きい。このため、第２タービン（従って、第２コンプレッサ）が回転駆動され、第２ターボチャージャの過給効果が発揮される。以上、第２ターボ利用領域では、第１タービンが回転しないか又は十分に回転しない一方で第２タービンが回転する状態が得られ、第２ターボチャージャのみの過給効果が発揮される。
ところで、吸入空気流量は、内燃機関の運転速度と強く依存し、運転速度の増大（減少）につれて吸入空気流量が増大（減少）する（後述する図８を参照）。従って、上述した過給機付きの内燃機関を搭載した車両が加速していく過程では、運転速度が増大していくことで吸入空気流量が増大していく。この過程は、図１２において、制御領域が第１ターボ利用領域→両ターボ利用領域→第２ターボ利用領域へ移行することに対応する。
いま、吸入空気流量と過給圧力比との組み合わせ（制御領域）が両ターボ利用領域にある状態にて、車両が加速することにより、制御領域が両ターボ利用領域から第２ターボ利用領域へと移行する場合を想定する（図１２において、点ａ→ｂを参照）。
この場合、制御領域の両ターボ利用領域から第２ターボ利用領域への移行に伴って、第１排気バイパス面積が中間値から最大値へと、第１吸気バイパス面積が最小値から最大値へと直ちに切り替えられる。この第１排気バイパス面積の中間値から最大値への切り替えにより、排気抵抗が直ちに急減する。これにより、第１タービンの上流の排気圧（以下、単に「排気圧」ともいう。）も直ちに急激する。この結果、前記切り替えの直後において、燃焼効率が高くなる等の理由により内燃機関の出力トルクが瞬間的に増大する現象が発生する（後述する図９におけるΔＧ１を参照）。
また、第１排気バイパス面積の中間値から最大値への切り替え、並びに、第１吸気バイパス面積の最小値から最大値への切り替えにより、回転駆動されなくなった第１タービン（従って、第１コンプレッサ）の回転速度は、第１タービン及び第１コンプレッサの慣性に従って、短期間に亘って十分に大きい（過給効果が十分に発揮され得る）領域内に維持された後、比較的緩やかに減少していく。従って、過給圧（燃焼室に流入する吸気の圧力）も、前記切り替えよりも少し遅れた時点から比較的緩やかに減少していく。この結果、前記切り替え（従って、出力トルクの瞬間的な増大）よりも少し遅れた時点から内燃機関の出力トルクが比較的緩やかに減少していく現象が発生する（後述する図９におけるΔＧ２を参照）。
以上、車両の加速により制御領域が両ターボ利用領域から第２ターボ利用領域へと移行する場合、その移行の直後において、先ず、排気圧の急減により内燃機関の出力トルクが瞬間的に増大し、その後、過給圧の減少により同出力トルクが比較的緩やかに減少する現象が発生する。従って、内燃機関が搭載される車両の乗員には、出力トルクの増減方向が互いに逆となるこの一連の現象が比較的大きなトルク段差として感知され得る。
ここで、「過給圧の減少による出力トルクの減少」のみが発生するのであれば（即ち、「排気圧の急減による出力トルクの瞬間的な増大」が発生しなければ）、制御領域の移行後において車両の運転者がアクセルペダルをより大きく踏み込むことにより前述のトルク段差を極力小さくすることができる。しかしながら、実際には、出力トルクの減少の前に出力トルクの瞬間的な増大が発生するので、アクセルペダル操作により前述のトルク段差を小さくすることは非常に困難である。
以上より、「排気圧の急減による出力トルクの瞬間的な増大」の発生を抑制することが望まれている。しかしながら、この出力トルクの増大は瞬間的である。従って、出力トルクの検出値に基づく燃料噴射量のフィードバック制御を用いて出力トルクの瞬間的な増大を抑制することは極めて困難である。以上の問題は、上述の直列式２段過給機のみならず、２つのターボチャージャが排気通路及び吸気通路に対して並列に介装されたもの（並列式２段過給機）においても同様に発生し得る。
本発明は、上記問題に対処するためになされたものであり、その目的は、車両の加速による両ターボ利用領域から第２ターボ利用領域への移行の際、「排気圧の急減による内燃機関の出力トルクの瞬間的な増大」の発生を適切に抑制し得る、過給機付き内燃機関の制御装置を提供することにある。
本発明に係る制御装置は、直列式２段過給機のみならず並列式２段過給機にも適用される。先ず、本発明に係る制御装置が直列式２段過給機に適用される場合について説明する。
この場合、本発明に係る制御装置の機械的な構成は、上述した制御装置と同じである。本発明に係る制御装置では、判定手段において、過給圧力比と吸入空気流量との組み合わせ（即ち、制御領域）が、両ターボ利用領域にあるか、第２ターボ利用領域（両ターボ利用領域に対して吸入空気流量が大きい側に隣接する領域）にあるかが判定される。ここにおいて、判定手段が、運転状態が第１ターボ利用領域（両ターボ利用領域に対して吸入空気流量が小さい側に隣接する領域）にあるかをも判定するように構成されてもよい。
本発明に係る制御装置では、制御手段において、上述した制御装置と同様、制御領域が両ターボ利用領域にあると判定された場合、第１排気バイパス面積がその最小値と最大値の間の中間の値に調整され且つ第１吸気バイパス面積がその最小値とされる（両ターボ利用領域対応制御）。制御領域が第２ターボ利用領域にあると判定された場合、第１排気バイパス面積がその最大値とされ且つ第１吸気バイパス面積がその最大値とされる（第２ターボ利用領域対応制御）。また、制御領域が第１ターボ利用領域にあると判定された場合、第１排気バイパス面積がその最小値とされ且つ第１吸気バイパス面積がその最小値とされる（第１ターボ利用領域対応制御）。ここにおいて、第１排気バイパス面積の最小値、及び、第１吸気バイパス面積の最小値は、例えば、ゼロ、又は、ゼロ近傍の微小値である。
本発明に係る制御装置の特徴は、内燃機関の運転状態に基づいて決定される量の燃料を噴射する前記燃料噴射手段が、制御領域が前記両ターボ利用領域から前記第２ターボ利用領域に移行したことに基づいて、前記燃料の噴射量を（フィードフォワード的に）少なくする減量制御を所定期間に亘って行うことにある。即ち、燃料噴射手段は、通常（非減量制御中）、内燃機関の運転状態に基づいて決定される基本燃料噴射量の燃料を噴射し、減量制御中では、前記基本燃料噴射量よりも少ない量の燃料を噴射するように構成される。前記減量制御は、制御領域が両ターボ利用領域から第２ターボ利用領域に移行した時点から開始されてもよいし、この制御領域の移行に基づいて実行される第１排気バイパス面積及び第１吸気バイパス面積の切り替えの時点（切り替え指示時点、又は切り替え完了時点）から開始されてもよい。
これによれば、車両の加速により制御領域が両ターボ利用領域から第２ターボ利用領域へと移行する場合、その移行の直後にて減量制御が開始されて、噴射量の減少により出力トルクが減少する。この出力トルクの減少により、前記制御領域の移行の直後にて発生する「排気圧の急減による出力トルクの瞬間的な増大」が抑制され得る。即ち、この噴射量の減少に基づく出力トルクの減少分だけ上述のトルク段差（車両の乗員に感知され得るトルク段差）が小さくされ得る。加えて、制御領域の移行後において車両の運転者がアクセルペダルをより大きく踏み込むことにより上述のトルク段差を比較的容易に極力小さくすることができる。
上記本発明に係る制御装置においては、前記減量制御における前記燃料の噴射量の（前記基本燃料噴射量からの）減少量が、前記内燃機関の運転速度と前記燃料の噴射量とに基づいて決定されることが好適である。
制御領域の両ターボ利用領域から第２ターボ利用領域への移行に伴う第１排気バイパス面積の中間値から最大値への切り替えに起因する排気圧の減少量は、内燃機関の運転速度と噴射量との組み合わせと強い相関がある。加えて、この排気圧の減少量が大きいほど、「排気圧の急減による出力トルクの瞬間的な増大」の程度が大きい。従って、「排気圧の急減による出力トルクの瞬間的な増大」の程度も、内燃機関の運転速度と噴射量との組み合わせと強い相関がある。上記構成によれば、減量制御における燃料の減少量が（減量制御が行われない場合において発生する）「排気圧の急減による出力トルクの瞬間的な増大」の程度に応じて決定され得る。従って、内燃機関の運転状態（運転速度と噴射量との組み合わせ）にかかわらず、「排気圧の急減による出力トルクの瞬間的な増大」を安定して極力小さくすることができる。
なお、上記構成は、前記第１排気バイパス面積の切り替えに起因する排気圧の減少量が前記内燃機関の運転速度と前記燃料の噴射量とに基づいて決定され、前記決定された排気圧の減少量に基づいて前記減量制御における前記燃料の噴射量の（前記基本燃料噴射量からの）減少量が決定される、とも記載され得る。
また、上記本発明に係る制御装置においては、制御領域が前記両ターボ利用領域から前記第２ターボ利用領域に移行した場合において、前記内燃機関の運転速度と前記燃料の噴射量とに基づいて、前記減量制御を実行するか否かが決定されるように構成されることが好適である。前記減量制御を実行すると判定された場合、前記減量制御が実行され、前記減量制御を実行しないと判定された場合、前記減量制御が実行されない。
前記第１排気バイパス面積の切り替えに起因する排気圧の減少量が十分に小さい場合、「排気圧の急減による出力トルクの瞬間的な増大」の程度も十分に小さく、従って、減量制御の必要性が極めて低い。上記構成によれば、減量制御の必要性が極めて低い場合において減量制御が不必要に実行される事態の発生が抑制され得る。
また、上記本発明に係る制御装置においては、制御領域が前記両ターボ利用領域から前記第２ターボ利用領域に移行した時点で前記減量制御を開始し、その後において前記内燃機関の燃焼室に流入する吸気の圧力（過給圧）が減少を開始したと判定されたことに基づいて前記減量制御を終了するように構成されることが好適である。
上述のように、「過給圧の減少による出力トルクの減少」は、制御領域の両ターボ利用領域から第２ターボ利用領域への移行から少し遅れた時点から開始する。他方、排気圧の急減（従って、出力トルクの瞬間的な増大）は、過給圧の減少が開始する時点の近傍で終了する。従って、上記構成によれば、減量制御の終了時期を適切な時期（＝排気圧の急減が終了する時期の近傍）に設定することができる。また、これにより、排気圧の急減の終了を検出するための排気圧センサが不要となる。
また、上記本発明に係る制御装置において、第１、第２タービンの間の排気通路と第２タービンよりも下流の前記排気通路とをバイパスする第２排気バイパス通路と、第２排気バイパス通路に介装されて第２排気バイパス通路の最小開口断面積（第２排気バイパス面積）を調整する第２排気制御弁とが備えられてもよい。この場合、通常、第２排気バイパス面積はその最小値（例えば、ゼロ）とされる。一方、運転状態が第２ターボ利用領域における吸入空気流量が大きい側の一部（バイパス領域）にある場合にのみ、第２排気バイパス面積がその最大値とされ得る。
これによれば、運転速度が大きい運転領域において、排ガスの一部が第２排気バイパス通路を通過することで、第２タービンに流入する排ガスの流量の増加を抑制できる。この結果、運転速度の増大に伴う過剰な過給効果の発生を抑制することができる。
以上、本発明に係る制御装置が直列式２段過給機に適用される場合について説明した。以上説明した内容そのもの（及び、以上説明した内容と等価な内容）は、本発明に係る制御装置が並列式２段過給機に適用される場合についても同様に適用され得る。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
図１は、本発明の第１実施形態に係る制御装置を直列式２段過給機付き内燃機関に適用したシステム全体の概略構成図である。
図２は、図１に示した装置に適用される、過給圧力比と吸入空気流量との組み合わせと、選択される制御領域との関係を規定するマップを示したグラフである。
図３は、図１に示した装置により実行される、各制御領域についての過給制御の内容を示した図である。
図４は、図１に示した装置により実行される、制御領域の選択の実行のためのプログラムを示したフローチャートである。
図５は、図１に示した装置により実行される、排気圧急減期間の判定の実行のためのプログラムを示したフローチャートである。
図６は、図１に示した装置により実行される、燃料噴射制御の実行のためのプログラムを示したフローチャートである。
図７は、排気圧減少量と、排気圧減少に起因するトルク増加分に相当する噴射量との関係を規定するマップを示したグラフである。
図８は、エンジン回転速度及び噴射量と、吸入空気流量との関係を示したグラフである。
図９は、加速中において制御領域がＢ領域からＣ領域へと移行する際における各種物理量の変化の一例を示したタイムチャートである。
図１０は、本発明の第２実施形態に係る制御装置を並列式２段過給機付き内燃機関に適用したシステム全体の概略構成図である。
図１１は、図１０に示した装置により実行される、各制御領域についての過給制御の内容を示した図である。
ートである。
図１２は、従来の装置に適用される、過給圧力比と吸入空気流量との組み合わせと、選択される制御領域との関係を規定するマップを示したグラフである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
以下、本発明による過給機付き内燃機関の制御装置の各実施形態について図面を参照しながら説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る直列式２段過給機付き内燃機関の制御装置１０の概略構成を示している。この制御装置１０は、エンジン（ディーゼル機関）本体２０と、吸気系統３０と、排気系統４０と、第１ターボチャージャ５０と、第２ターボチャージャ６０とを備えている。
エンジン本体２０には、４つの気筒２１が直列に配置されている。各気筒２１の上部には、各気筒２１に向けて燃料を噴射する筒内噴射弁２２が配設されている。各気筒２１における圧縮行程後半（圧縮上死点近傍）にて、各筒内噴射弁２２から燃料が噴射され、ディーゼル燃焼が達成されるようになっている。
吸気系統３０は、吸気通路３１と、吸気通路３１に連通したインテークマニホールド３２とを備えている。吸気通路３１には、上流から下流に向けて順にエアクリーナ３３と、スロットル弁３４と、インタークーラ３５とが配設されている。この吸気系統３０により、エンジン本体２０に空気が供給されるようになっている。
排気系統４０は、排気通路４１と、排気通路４１に連通したエキゾーストマニホールド４２とを備えている。排気系統４０には、ＥＧＲガス通路４３と、触媒４４とが備えられている。ＥＧＲガス通路４３は、第１タービン５１よりも上流の排気通路４１とスロットル弁３４よりも下流の吸気通路３１とを結んでいて、ＥＧＲガス通路４３にはＥＧＲ制御弁が介装されている。触媒４４は、所謂ＮＯｘ吸蔵触媒である。この排気系統４０により、エンジン本体２０からの排ガスが外部に放出されるようになっている。
第１ターボチャージャ５０は、第１タービン５１と、第１コンプレッサ５２とを備えている。第１タービン５１と、第１コンプレッサ５２とは、タービンシャフト５３により同軸的、且つ、一体回転可能に接続されている。第１タービン５１は、排気通路４１に介装されていて、排ガスのエネルギーにより回転駆動されるようになっている。第１コンプレッサ５２は、吸気通路３１に介装されていて、第１タービン５１により回転駆動されるようになっている。また、第１ターボチャージャ５０には、第１タービン５１のまわりを囲むように複数のノズルＮｈが備えられており、排ガスが第１タービン５１に向けて流れる際に通過するノズルＮｈの開口の面積（第１排気流入面積）が可変となっている。このノズルＮｈは、「第１ターボチャージャ５０における、入力される排ガスのエネルギーに対する出力される第１タービン５１の回転エネルギーの特性を変更可能な機構」ということもできる。ノズルＮｈは、図示しないアクチュエータにより駆動される。
第２ターボチャージャ６０は、第２タービン６１と、第２コンプレッサ６２とを備えている。第２タービン６１と、第２コンプレッサ６２とは、タービンシャフト６３により同軸的、且つ、一体回転可能に接続されている。第２タービン６１は、第１タービン５１よりも下流の排気通路４１に介装されていて、排ガスのエネルギーにより回転駆動されるようになっている。第２コンプレッサ６２は、第１コンプレッサ５２よりも上流の吸気通路３１に配設されていて、第２タービン６１により回転駆動されるようになっている。
第２タービン６１の外径は、第１タービン５１に比してより大きい。即ち、第２タービン６１は第１タービン５１よりも大型である（容量が大きい）。同様に、第２コンプレッサ６２の外径は、第１コンプレッサ５２に比してより大きい。即ち、第２コンプレッサ６２は第１コンプレッサ５２よりも大型である（容量が大きい）。
吸気系統３０には、第１吸入バイパス通路３６が備えられている。第１吸入バイパス通路３６は、第１コンプレッサ５２よりも下流且つスロットル弁３４よりも上流の吸気通路３１と第１、第２コンプレッサ５２，６２の間の吸気通路３１とをバイパスする。第１吸入バイパス通路３６には、制御弁Ｖｈｉが介装されている。制御弁Ｖｈｉにより、第１吸気バイパス通路３６の最小開口断面積（第１吸気バイパス面積）が調整されるようになっている。制御弁Ｖｈｉは、図示しないアクチュエータにより駆動される。
排気系統４０には、第１排気バイパス通路４６と、第２排気バイパス通路４７とが備えられている。第１排気バイパス通路４６は、第１タービン５１よりも上流の排気通路４１と第１、第２タービン５１，６１の間の排気通路４１とをバイパスする。第２排気バイパス通路４７は、第１、第２タービン５１，６１の間の排気通路４１と、第２タービン６１よりも下流であって触媒４４よりも上流の排気通路４１とをバイパスする。
第１、第２排気バイパス通路４６，４７には、制御弁Ｖｈｅ，Ｖｌｅがそれぞれ介装されている。制御弁Ｖｈｅ，Ｖｌｅにより、第１、第２排気バイパス通路４６，４７の最小開口断面積（第１、第２排気バイパス面積）がそれぞれ調整されるようになっている。制御弁Ｖｈｅ，Ｖｌｅは、図示しないアクチュエータによりそれぞれ駆動される。
一方、この制御装置１０は、熱線式エアフローメータ８１と、圧力センサ８２〜８４と、回転速度センサ８５と、を備えている。エアフローメータ８１は、第２コンプレッサ６２よりも上流の吸気通路３１内を流れる吸入空気の空気流量（吸入空気流量）Ｇａ（質量流量、単位時間あたりの質量）を検出するようになっている。圧力センサ８２，８３はそれぞれ、第２コンプレッサ６２よりも上流の吸気通路３１の圧力、及び、第１コンプレッサ５２よりも下流且つスロットル弁３４よりも上流の吸気通路３１の圧力を検出するようになっている。圧力センサ８４は、スロットル弁３４（且つインタークーラ３５）よりも下流の吸気通路３１の圧力（インテークマニホールド内の圧力、以下、「過給圧Ｐｉｍ」とも呼ぶ。）を検出するようになっている。回転速度センサ８５は、エンジンのクランクシャフト（図示せず）の回転速度（エンジン回転速度）ＮＥを検出するようになっている。
更に、この制御装置１０は、ＣＰＵ等から構成されるＥＣＵ（電気制御装置）９１を備えている。ＥＣＵ９１は、上記センサ８１〜８５と電気的に接続されている。また、ＥＣＵ９１は、ＣＰＵにセンサ８１〜８５からの信号を供給するとともに、ＣＰＵの指示に応じて、ノズルＮｈのアクチュエータ、制御弁Ｖｈｉ，Ｖｈｅ，Ｖｌｅのアクチュエータ等にそれぞれ駆動信号を送出するようになっている。
（過給制御）
次に、上述のように構成された過給機付き内燃機関の制御装置が実行する、制御弁Ｖｈｉ，Ｖｈｅ，Ｖｌｅ、及びノズルＮｈの制御（過給制御）について、図２〜図７を参照しながら説明する。
本例では、図２に示すように、吸入空気流量Ｇａと過給圧力比Ｒとの組み合わせに対して、第１ターボチャージャ５０のみの過給効果を利用する領域（Ａ領域）と、第１、第２ターボチャージャ５０，６０の両方の過給効果を利用する領域（Ｂ領域）と、第２ターボチャージャ６０のみの過給効果を利用する領域（Ｃ領域）と、第２ターボチャージャ６０のみの過給効果を利用するとともにその過給効果の一部を制限する領域（Ｄ領域）と、の４つの制御領域が設定される。
過給圧力比Ｒとは、第２コンプレッサ６２よりも上流の吸気通路３１の圧力Ｐ１に対する、第１コンプレッサ５２よりも下流（且つスロットル弁３４よりも上流）の吸気通路３１の圧力Ｐ３の割合（Ｐ３／Ｐ１）である。圧力Ｐ１，Ｐ３としては、圧力センサ８２，８３から検出される値がそれぞれ使用されてもよいし、公知の手法の一つに従って推定された値がそれぞれ使用されてもよい。
図２に示す曲線Ｌ１、Ｌ２（実線）はそれぞれ、第１、第２ターボチャージャ５０，６０の所謂サージライン及びチョークラインに基づいて描かれる線である。即ち、曲線Ｌ１，Ｌ２で囲まれた領域はそれぞれ、第１、第２ターボチャージャ５０，６０の過給効果が発揮され得る領域（換言すれば、第１、第２ターボチャージャ５０，６０の使用可能領域）を示している。第１ターボチャージャ５０の使用可能領域における吸入空気流量Ｇａの最小値は「０」で最大値はＧ１である。第１ターボチャージャ５０の使用可能領域における過給圧力比Ｒの最大値はＲ１である。第２ターボチャージャ６０の使用可能領域における吸入空気流量Ｇａの最小値はＧ３（＜Ｇ１）で最大値はＧ４（＞Ｇ１）である。第２ターボチャージャ６０の使用可能領域における過給圧力比Ｒの最大値はＲ２（＞Ｒ１）である。
Ａ領域は、第１ターボチャージャ５０の使用可能領域のうち曲線Ｓ１（破線）に対して吸入空気流量Ｇａが小さい側の領域である。従って、Ａ領域における吸入空気流量Ｇａの最大値はＧ２である。Ｂ領域は、第１ターボチャージャ５０の使用可能領域のうち曲線Ｓ１に対して吸入空気流量Ｇａが大きい側の領域である。従って、Ｂ領域における吸入空気流量Ｇａの最大値はＧ１である。
Ｃ領域は、曲線Ｌ２で囲まれた領域のうち曲線Ｌ１に対して吸入空気流量Ｇａが大きい側且つ曲線Ｓ２（破線）に対して吸入空気流量Ｇａが小さい側の領域である。従って、Ｃ領域における吸入空気流量Ｇａの最大値はＧ５である。Ｄ領域は、曲線Ｌ２で囲まれた領域のうち曲線Ｓ２に対して吸入空気流量Ｇａが大きい側の領域である。従って、Ｄ領域における吸入空気流量Ｇａの最大値はＧ４である。
以下、各領域に対応する過給制御について、図３を参照しながら説明する。図３において、「閉」は、開口面積（開度）が最小値（本例では、「０」）で一定に調整される状態を示す。「開」は、開口面積（開度）が最大値で一定に調整される状態を示す。「中間」は、開口面積（開度）が最小値と最大値の間の中間値（変動し得る値）に調整される状態を示す。「任意」は、開口面積（開度）が調整されない状態（いくつであってもよい状態）を示す。
図３に示すように、Ａ領域に対応する制御では、制御弁Ｖｈｅが「閉」とされ、制御弁Ｖｈｉが「閉」とされ、制御弁Ｖｌｅが「閉」とされ、ノズルＮｈが「中間」とされる。即ち、制御弁Ｖｈｅが「閉」であることから全ての排ガスが第１タービン５１を通過するとともに、制御弁Ｖｈｉが「閉」であることから全ての吸気が第１コンプレッサ５２を通過する。第１タービン５１を通過する全ての排ガスのエネルギーにより第１タービン５１が回転駆動され、この結果、第１コンプレッサ５２が回転駆動される。これにより、第１ターボチャージャ５０の過給効果が発揮される。この第１ターボチャージャ５０の過給効果は、ノズルＮｈの開度（中間値）の調整により調整され得る。
他方、制御弁Ｖｌｅが「閉」であることから、第１タービン５１を通過した全ての排ガスが第２タービン６１に流入する。ここで、排ガスが第１タービン５１を通過する際、その排ガスのエネルギーは第１タービン５１の駆動のために消費される。従って、第２タービン６１に流入する排ガスのエネルギーは十分に小さくなっている。このため、第２タービン６１（従って、第２コンプレッサ６２）は回転駆動されないか又は十分に回転駆動されない。この結果、第２ターボチャージャの過給効果が発揮されない。以上、Ａ領域に対応する制御では、第１タービン５１が回転する一方で第２タービン６１が回転しないか又は十分に回転しない状態が得られ、第１ターボチャージャ５０のみの過給効果が発揮される。
図３に示すように、Ｂ領域に対応する制御では、Ａ領域に対応する制御に対して、制御弁Ｖｈｅが「閉」から「中間」に変更される点のみが異なる。即ち、制御弁Ｖｈｅが「中間」であることから、一部の排ガスが第１タービン５１を通過するとともに、残りの排ガスが（第１タービン５１を通過することなく）第１排気バイパス通路４６を通過して第２タービン６１に直接流入する。これにより、第１タービン５１を通過する「一部の排ガス」のエネルギーにより第１タービン５１（従って、第１コンプレッサ５２）が回転駆動され、第１ターボチャージャの過給効果が発揮される。
他方、「残りの排ガス」は、第１タービン５１の駆動のためにエネルギーを消費されることなく第２タービン６１に流入する。従って、第２タービン６１に流入する排ガスのエネルギーはある程度大きい値となる。このため、第２タービン６１（従って、第２コンプレッサ６２）が回転駆動され、第２ターボチャージャ６０の過給効果が発揮される。以上、Ｂ領域に対応する制御では、第１、第２タービン５１，６１が共に回転する状態が得られ、第１、第２ターボチャージャ５０，６０の両方の過給効果が発揮される。
図３に示すように、Ｃ領域に対応する制御では、Ｂ領域に対応する制御に対して、制御弁Ｖｈｅが「中間」から「開」に変更され、制御弁Ｖｈｉが「閉」から「開」に変更され、ノズルＮｈが「中間」から「任意」に変更される点が異なる。即ち、制御弁Ｖｈｅが「開」であることから、全ての（殆どの）排ガスが（第１タービン５１を通過することなく）第１排気バイパス通路４６を通過して第２タービン６１に直接流入する。このため、ノズルＮｈを制御する必要がなく、ノズルＮｈが「任意」となっている。これにより、第１タービン５１（従って、第１コンプレッサ５２）が回転駆動されないか又は十分に回転駆動されず、第１ターボチャージャ５０の過給効果が発揮されない。また、制御弁Ｖｈｉが「開」であることから、全ての（殆どの）吸気が第１コンプレッサ５２を通過しない（第１吸気バイパス通路３６を通過する）。従って、仮に、第１コンプレッサ５２が回転駆動されることがあっても、第１ターボチャージャ５０の過給効果が発揮されない。
他方、全ての（殆どの）の排ガスは、第１タービン５１の駆動のためにエネルギーを消費されることなく第２タービン６１に流入する。従って、第２タービン６１に流入する排ガスのエネルギーは十分に大きい。このため、第２タービン６１（従って、第２コンプレッサ６２）が回転駆動され、第２ターボチャージャ６０の過給効果が発揮される。以上、Ｃ領域に対応する制御では、第１タービン５１が回転しないか又は十分に回転しない一方で第２タービン６１が回転する状態が得られ、第２ターボチャージャ６０のみの過給効果が発揮される。
図３に示すように、Ｄ領域に対応する制御では、Ｃ領域に対応する制御に対して、制御弁Ｖｌｅが「閉」から「開」に変更される点のみが異なる。即ち、Ｄ領域では、Ｃ領域と同様、第２ターボチャージャ６０のみの過給効果が発揮される一方で、第１排気バイパス通路４６を通過した排ガスの一部が（第２タービン６１を通過することなく）第２排気バイパス通路４７を通過する。これにより、第２タービン６１に流入する排ガスの流量の増加が抑制され得る。この結果、エンジン回転速度の増大に伴う過剰な過給効果の一部が制限され得る。
次に、図４〜６に示すフローチャートを参照しながら、本装置による過給制御についての実際の作動について説明する。これらのフローチャートで示されるプログラムは、ＥＣＵ９１内のＣＰＵにより実行される。
先ず、図４に示す「制御領域の選択」プログラム（ルーチン）について説明する。このプログラムは、所定のタイミング（例えば、８ｍｓｅｃ）の経過毎に繰り返し実行される。先ず、ステップ４０５では、過給圧力比Ｒと吸入空気流量Ｇａの現在値が取得されるとともに、取得されたＲとＧａの組み合わせ（以下、「現在運転状態」とも呼ぶ。）と、図２に示したマップとに基づいて、Ａ領域、Ｂ領域、Ｃ領域、及びＤ領域の中から１つの制御領域が選択される。そして、ステップ４１０では、選択された制御領域に対応する上述した過給制御が実行され（図３を参照）、本プログラムの今回の処理が終了する。
次に、図５に示す、排気圧Ｐ４についての「Ｐ４急減期間の判定」プログラム（ルーチン）について説明する。このプログラムも、所定のタイミング（例えば、８ｍｓｅｃ）の経過毎に繰り返し実行される。排気圧Ｐ４とは、第１タービン５１よりも上流の排気通路４１の圧力（エキゾーストマニホールド内の圧力）を指す。
先ず、ステップ５０５では、フラグＦが「０」か否かが判定される。ここで、フラグＦは、その値が「０」のとき「Ｐ４急減期間」でないことを示し、その値が「１」のとき「Ｐ４急減期間」であることを示す。「Ｐ４急減期間」とは、制御領域のＢ領域からＣ領域への移行による制御弁Ｖｈｅの「中間」から「開」への変更に起因して排気圧Ｐ４が急激に減少する期間を指す（後述する図９の時刻ｔ１〜ｔ２を参照）。
いま、Ｐ４急減期間でない（Ｆ＝０）ものとして説明を続ける。この場合（ステップ５０５にて「Ｙｅｓ」と判定）、ステップ５１０にて、「加速中」か否かが判定されて、「Ｎｏ」と判定される場合、本プログラムの今回の処理が終了する。ここで、「加速中」とは、エンジン回転速度ＮＥが増大している状態（この内燃機関を搭載する車両の速度が増大している状態）をいう。
「加速中」である場合（ステップ５１０にて「Ｙｅｓ」と判定）、ステップ５１５にて、制御領域がＢ領域からＣ領域に移行した直後であるか否かが判定されて、「Ｎｏ」と判定される場合、本プログラムの今回の処理が終了する。このステップ５１５では、具体的には、図４のステップ４０５にて選択される制御領域がＢ領域からＣ領域に移行した直後であるか否か、ステップ４１０の実行により制御弁Ｖｈｅが「中間」から「開」に変更指示され且つ制御弁Ｖｈｉが「閉」から「開」に変更指示された直後であるか否か、又は、ステップ４１０の実行により制御弁Ｖｈｅが「中間」から「開」に実際に変更完了し且つ制御弁Ｖｈｉが「閉」から「開」に実際に変更完了した直後であるか否か等が判定される。
制御領域がＢ領域からＣ領域に移行した直後である場合（ステップ５１５にて「Ｙｅｓ」と判定）、ステップ５２０にて、制御弁Ｖｈｅの「中間」から「開」への変更に起因する排気圧Ｐ４の減少量ΔＰが、テーブルＭａｐΔＰと、現在の（最新の）燃料噴射量Ｆｉ及び現在のエンジン回転速度ＮＥと、に基づいて決定される。テーブルＭａｐΔＰは、ΔＰと「Ｆｉ及びＮＥの組み合わせ」との関係を規定するテーブル（マップ）であり、実験・シミュレーション等を通して予め取得され得る。続いて、ステップ５２５では、ΔＰが予め定められた微小値（一定値）Ａよりも大きいか否かが判定されて、「Ｎｏ」と判定される場合、本プログラムの今回の処理が終了する。
一方、ΔＰがＡよりも大きい場合（ステップ５２５にて「Ｙｅｓ」と判定）、ステップ５３０にて、フラグＦの値が「０」から「１」に変更される。続くステップ５３５では、排気圧Ｐ４の急減に起因する瞬間的なトルク増加分に相当する（トルク増加分に等価な）噴射量Ｆｍａｘ（後述する図９を参照）が、テーブルＭａｐΔＦｍａｘと、ステップ５２０にて取得された排気圧Ｐ４の減少量ΔＰと、に基づいて決定される。そして、本プログラムの今回の処理が終了する。なお、噴射量Ｆｍａｘは、排気圧Ｐ４の急減に起因する瞬間的なトルク増加分（ピーク値）と等しいトルク増加を噴射量の増加のみで達成する場合における噴射量の増加分である、と記載することもできる。
図７に示すように、テーブルＭａｐΔＦｍａｘはΔＦｍａｘとΔＰとの関係を規定するテーブル（マップ）であり、実験・シミュレーション等を通して予め取得され得る。図７に示すように、ΔＰが大きいほどΔＦｍａｘが大きい。これは、ΔＰが大きいほどＰ４の急減に起因する瞬間的なトルク増加量が大きいことに基づく。
以上、加速中であって、制御領域がＢ領域からＣ領域に移行した直後であって、排気圧Ｐ４の減少量ΔＰが微小値Ａよりも大きい場合、フラグＦの値が「０」から「１」に変更される。即ち、「Ｐ４急減期間」でない状態から「Ｐ４急減期間」である状態に変更される。加えて、この場合、ΔＦｍａｘがΔＰに基づいて（従って、ＦｉとＮＥとに基づいて）算出される。なお、ステップ５１０及びステップ５２５の何れか一方又は両方が省略されてもよい。
このように、フラグＦの値が「０」から「１」に変更されると、それ以降、ステップ５０５にて「Ｎｏ」と判定され、ステップ５４０が実行されるようになる。ステップ５４０では、Ｐ４急減期間が終了したか否かが判定され、「Ｎｏ」と判定される場合、本プログラムの今回の処理が終了する。Ｐ４急減期間が終了したとの判定は、例えば、（制御領域がＢ領域からＣ領域に移行した後において）過給圧Ｐｉｍが減少を開始したと判定された時点でなされる（後述する図９の時刻ｔ２を参照）。これは、排気圧Ｐ４の急減（従って、出力トルクの瞬間的な増大）が、過給圧が減少を開始する時点の近傍で終了することに基づく。
そして、Ｐ４急減期間が終了したとの判定がなされた場合（ステップ５４０にて「Ｙｅｓ」と判定）、ステップ５４５にてフラグＦの値が「１」から「０」に変更され、本プログラムの今回の処理が終了する。これにより、「Ｐ４急減期間」である状態から「Ｐ４急減期間」でない状態に変更される。
次に、図６に示す「燃料噴射制御」プログラム（ルーチン）について説明する。このプログラムは、燃料が噴射される気筒（燃料噴射気筒）において燃料が噴射される時期（例えば、圧縮上死点近傍）よりも所定クランク角度だけ前の時期が到来する毎に繰り返し実行される。
先ず、ステップ６０５では、基本燃料噴射量Ｆｂａｓｅが、テーブルＭａｐＦｂａｓｅと、現在の過給圧Ｐｉｍ及び現在のエンジン回転速度ＮＥとに基づいて決定される。次いで、ステップ６１０では、フラグＦ＝０であるか否かが判定される。先ず、「Ｐ４急減期間」でない場合（ステップ６１０にて「Ｙｅｓ」と判定）について説明する。この場合、ステップ６１５にて、燃料噴射量Ｆｉが、Ｆｂａｓｅと等しい値に設定される。そして、ステップ６３０にて燃料噴射気筒の筒内噴射弁２１に対してＦｉと等しい量の燃料の噴射指示がなされ、本プログラムの今回の処理が終了する。このように、「Ｐ４急減期間」でない場合、Ｆｂａｓｅと等しい量の燃料が噴射される。
一方、この状態にて、制御領域のＢ領域からＣ領域への移行によりフラグＦの値が「０」から「１」へと変化すると（即ち、「Ｐ４急減期間」でない場合から「Ｐ４急減期間」である場合に移行すると）、ステップ６１０にて「Ｎｏ」と判定されてステップ６２０が実行されるようになる。ステップ６２０では、噴射量の減量分ΔＦが、先のステップ５３５にて算出されているΔＦｍａｘに基づいて算出される。
次いで、ステップ６２５にて、燃料噴射量Ｆｉが、ＦｂａｓｅからΔＦを減じた値に設定される。そして、上述のステップ６３０の処理がなされ、本プログラムの今回の処理が終了する。これにより、Ｐ４急減期間では、ＦｂａｓｅからΔＦを減じた量の燃料が噴射される。このように、Ｐ４急減期間において実行される、「Ｆｂａｓｅと等しい量」に代えて「ＦｂａｓｅからΔＦを減じた量」の燃料を噴射する制御を「減量制御」と呼ぶ。
Ｐ４急減期間において、減量分ΔＦは、ΔＦｍａｘで一定に設定されてもよいし、ΔＦｍａｘを超えない範囲内にて変化するように設定されてもよい。例えば、ΔＦは、Ｐ４急減期間の開始以降において、ゼロからΔＦｍａｘに向けて徐々に増大するように設定され得る。以上、本装置による過給制御についての実際の作動について説明した。
（減量制御による作用・効果）
以下、Ｐ４急減期間において実行される減量制御による作用・効果について説明する。図８に示すように、吸入空気流量Ｇａは、エンジン回転速度ＮＥと強く依存し、エンジン回転速度ＮＥの増大（減少）につれて吸入空気流量Ｇａが増大（減少）する。従って、このエンジン１０を搭載した車両が加速していく過程では、ＮＥが増大していくことでＧａが増大していく。この過程は、図２において、制御領域がＡ領域→Ｂ領域→Ｃ領域→Ｄ領域へ移行することに対応する。
いま、制御領域がＢ領域にある状態にて、車両が加速することにより、制御領域がＢ領域からＣ領域へと移行する場合を想定する（図２において、点ａ→ｂを参照）。以下、図９を参照しながら説明する。図９は、時刻ｔ１以前にて制御領域がＢ領域にあり、この状態にて車両が加速することで、時刻ｔ１にて制御領域がＢ領域からＣ領域へと移行する場合における各種物理量の変化の一例を示す。
時刻ｔ１以前では、制御領域がＢ領域にあることにより、制御弁Ｖｈｅが「中間」とされ、制御弁Ｖｈｉが「閉」とされている。これにより、第１、第２タービン５１，６１が共に回転駆動されて、第１、第２ターボチャージャ５０，６０の両方の過給効果が発揮されている。
時刻ｔ１になると、制御領域がＢ領域からＣ領域に移行することにより、制御弁Ｖｈｅが「中間」から「開」に切り替えられ、制御弁Ｖｈｉが「閉」から「開」に切り替えられる。この制御弁Ｖｈｅの「中間」から「開」への切り替えにより、第１排気バイパス通路４６の開口面積が増大し、時刻ｔ１の直後にて排ガスの排気抵抗が直ちに急減する。これにより、時刻ｔ１の直後から時刻ｔ２に亘って排気圧Ｐ４も直ちに急激する。
このように排気圧Ｐ４が急減する期間（時刻ｔ１〜ｔ２）を「Ｐ４急減期間」と呼ぶ。Ｐ４急減期間におけるＰ４の減少量ΔＰは、燃料噴射量Ｆｉ及びエンジン回転速度ＮＥに大きく依存する。このため、図５のステップ５２０では、このΔＰが、Ｆｉ及びＮＥの組み合わせに基づいて取得されている。
また、制御弁Ｖｈｅの「中間」から「開」への切り替え、並びに制御弁Ｖｈｉの「閉」から「開」への切り替えにより、第１タービン５１が回転駆動されなくなる。このように回転駆動されなくなった第１タービン５１（従って、第１コンプレッサ５２）の回転速度は、主として第１タービン５１及び第１コンプレッサ５２の慣性に従って減少していく。この結果、第１タービン５１（従って、第１コンプレッサ５２）の回転速度は、時刻ｔ１以降、短期間に亘って十分に大きい（過給効果が十分に発揮され得る）領域内に維持された後、その領域から逸脱するとともに比較的緩やかに減少していく。従って、過給圧Ｐｉｍも、時刻ｔ１よりも少し遅れた時点から比較的緩やかに減少していく。過給圧Ｐｉｍの減少が開始する時期は、Ｐ４急減期間の終期（Ｐ４の減少が終了する時期、時刻ｔ２）に略一致する。このため、図５のステップ５４０では、Ｐｉｍの減少開始時期に基づいてＰ４急減期間の終了が判定されている。
ここで、先ず、本例とは異なり、Ｐ４急減期間において上述した減量制御が実行されない場合（即ち、Ｐ４急減期間中もＦｉがＦｂａｓｅに維持される場合、図９における破線を参照）について説明する。この場合、Ｐ４急減期間（時刻ｔ１〜ｔ２）では、排気圧Ｐ４が急減して燃焼効率が高くなること等に起因して、内燃機関の出力トルクが瞬間的に増大する現象が発生する（図９におけるΔＧ１を参照）。
加えて、過給圧Ｐｉｍが時刻ｔ２近傍から比較的緩やかに減少していくことに起因して、時刻ｔ２近傍以降、内燃機関の出力トルクが比較的緩やかに減少していく現象が発生する（図９におけるΔＧ２を参照）。
このように、上述の減量制御が実行されない場合、先ず、Ｐ４急減期間（時刻ｔ１〜ｔ２）にて排気圧Ｐ４の急減により内燃機関の出力トルクが瞬間的に増大し、Ｐ４急減期間の終了後（時刻ｔ２以降）、過給圧Ｐｉｍの減少により同出力トルクが比較的緩やかに減少する現象が発生する。換言すれば、出力トルクの増減方向が互いに逆となる一連の現象が発生する。このため、車両の乗員には、この一連の現象が比較的大きなトルク段差（ΔＧ１＋ΔＧ２）として感知され得る。なお、Ｐ４急減期間から十分な時間が経過した後は、過給圧Ｐｉｍは、第２ターボチャージャ６０の過給効果の増大に起因して増大していく。
これに対し、本例では、Ｐ４急減期間（時刻ｔ１〜ｔ２）に亘って、上述の減量制御が実行されて、ＦｉがＦｂａｓｅから減量分ΔＦだけ減少することで、出力トルクが減少する（図９における実線を参照）。図９に示す例では、この減量分ΔＦが、Ｐ４急減期間において、時刻ｔ１にて「０」となり、時刻ｔ２にてΔＦｍａｘとなり、且つ、時間の進行に応じて増大するように設定されている。このように減量分ΔＦが設定されているのは、減量制御が実行されない場合においてＰ４急減期間において出力トルクが時間の進行に応じて増大していくことに基づく。これにより、「排気圧Ｐ４の急減による出力トルクの瞬間的な増大」が極力抑制され得る。
なお、図９に示す例では、Ｐ４急減期間終了後（時刻ｔ２以降）において、減量分ΔＦが、直ちにゼロに設定されることに代えて、ΔＦｍａｘからゼロに向けて徐々に減少されている。これにより、Ｆｉをステップ的に変更することにより発生し得る新たなトルク段差の発生が抑制され得る。
以上、減量制御の実行により、減量制御が実行されない場合に比して、Ｆｉの減少に基づく出力トルクの減少分（およそΔＧ１分）だけ上述のトルク段差が小さくされ得る。更には、制御領域の移行後（時刻ｔ１以降）において車両の運転者がアクセルペダルをより大きく踏み込むことにより、このトルク段差をより一層小さくすることも可能となる。
以上説明したように、本発明に係る過給機付き内燃機関の制御装置の第１実施形態は、直列式２段過給機を備えている。第１実施形態によれば、車両の加速により制御領域がＢ領域からＣ領域へと移行する場合において、減量制御の実行により「排気圧Ｐ４の急減による内燃機関の出力トルクの瞬間的な増大」の発生が抑制され得る。この結果、制御領域のＢ領域からＣ領域への移行後において、乗員に感知され得るトルク段差を小さくすることができる。
（第２実施形態）
次に、本発明による過給機付き内燃機関の制御装置の第２実施形態について説明する。図１０に示すように、第２実施形態は、並列式２段過給機を備えている点で、直列式２段過給機を備えている上記第１実施形態と異なる。図１０において、図１に示す構成と同じ或いは等価な構成については図１における符号と同じ符号が付されている。
図１０に示すように、第２実施形態では、吸気通路３１が分岐点Ｒ１にて第１、第２吸気通路３１ｈ，３１ｌに分岐し、これら第１、第２吸気通路３１ｈ，３１ｌが合流点Ｒ２にて合流している。排気通路４１が分岐点Ｑ１にて第１、第２排気通路４１ｈ，４１ｌに分岐し、これら第１、第２排気通路４１ｈ，４１ｌが合流点Ｑ２にて合流している。
第１、第２タービン５１，６１はそれぞれ、第１、第２排気通路４１ｈ，４１ｌに介装されている。第１、第２コンプレッサ５２，６２はそれぞれ、第１、第２吸気通路３１ｈ，３１ｌに介装されている。なお、第１タービン５１のまわりには、ノズルＮｈが備えられていない。
第１吸入バイパス通路３６は、第１コンプレッサ５２の上流の第１吸気通路３１ｈと第１コンプレッサ５２の下流の第１吸気通路３１ｈとをバイパスする。第１吸入バイパス通路３６には、制御弁Ｖｈｉが介装されている。同様に、第２吸入バイパス通路３７が、第２コンプレッサ６２の上流の第２吸気通路３１ｌと第２コンプレッサ６２の下流の第２吸気通路３１ｌとをバイパスする。第２吸入バイパス通路３７には、制御弁Ｖｌｉが介装されている。制御弁Ｖｌｉにより、第２吸気バイパス通路３７の最小開口断面積（第２吸気バイパス面積）が調整されるようになっている。制御弁Ｖｌｉは、図示しないアクチュエータにより駆動される。
第１排気バイパス通路４６は、第１タービン５１の上流の第１排気通路４１ｈと第１タービン５１の下流の第１排気通路４１ｈとをバイパスする。第１排気バイパス通路４６には、制御弁Ｖｈｅが介装されている。同様に、第２排気バイパス通路４７が、第２タービン６１の上流の第２排気通路４１ｌと第２タービン６１の下流の第２排気通路４１ｌとをバイパスする。第２排気バイパス通路４７には、制御弁Ｖｌｅが介装されている。
第２実施形態では、制御弁Ｖｈｅ，Ｖｈｉ，Ｖｌｅ，Ｖｌｉが図３に対応する図１１に示すように調整されることにより、Ａ〜Ｄの各領域に対応する過給制御がそれぞれ達成される。これらの制御弁Ｖｈｅ，Ｖｈｉ，Ｖｌｅ，Ｖｌｉの調整については周知であるので、ここでは、それらの詳細な説明を省略する。
図１１に示すように、第２実施形態においても、上記第１実施形態と同様、車両の加速により制御領域がＢ領域からＣ領域に移行することにより、制御弁Ｖｈｅが「中間」から「開」に切り替えられ、制御弁Ｖｈｉが「閉」から「開」に切り替えられる。従って、上記第１実施形態と同様、（上述の減量制御が実行されない場合において）排気圧Ｐ４の急減による出力トルクの瞬間的な増大、並びに、その後における過給圧Ｐｉｍの減少による同出力トルクの減少が発生することで、比較的大きなトルク段差が発生する。
従って、第２実施形態においても、上記第１実施形態と同様、制御領域がＢ領域からＣ領域へと移行する場合において、上述と同様の減量制御を実行することにより、「排気圧Ｐ４の急減による内燃機関の出力トルクの瞬間的な増大」の発生が抑制され得る。即ち、上記第１実施形態と実質的に全く同じ作用・効果が得られる。
本発明は、上記第１、第２実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、上記第１、第２実施形態においては、第２排気バイパス通路４７、及び制御弁Ｖｌｅが設けられているが、これらが省略されていてもよい。また、上記第１実施形態においてノズルＮｈが省略されていてもよい。
また、上記第１、第２実施形態においては、図２において曲線Ｌ２で囲まれた領域のうち曲線Ｌ１に対して吸入空気流量Ｇａが大きい側の領域がＣ領域とＤ領域とに区分されているが、Ｃ領域とＤ領域とが１つのＣ領域に統合されていてもよい。
また、上記第１実施形態において、第２コンプレッサ６２よりも上流の吸気通路３１と第１、第２コンプレッサ５２，６２の間の吸気通路３１とをバイパスする第２吸入バイパス通路と、第２吸入バイパス通路に介装された制御弁Ｖｌｉが設けられていてもよい。この場合、制御弁Ｖｌｉは、制御弁Ｖｌｅの開閉パターンと同じパターンで開閉される。
加えて、上記第１実施形態において、第１タービン５１のノズルＮｈと同様、第２タービン６１のまわりを囲むように複数のノズルＮｌが備えられていてもよい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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